AddUp和空客向歐洲航天局交付首臺在太空運(yùn)行的金屬3D打印機(jī)

2024年2月1日，南極熊獲悉，金屬快速成型制造公司AddUp和空客防務(wù)與航天公司已向歐洲航天局（ESA）交付首臺金屬3D打印機(jī)。這款金屬3D打印機(jī)由空客防務(wù)與航天公司領(lǐng)導(dǎo)的工業(yè)團(tuán)隊，根據(jù)歐洲航天局的合同開發(fā)，并由空客防務(wù)與航天公司共同資助。

△空客為歐洲航天局開發(fā)的第一臺太空金屬3D打印機(jī)，很快將在國際空間站(ISS)的哥倫布艙上進(jìn)行測試

該金屬3D打印機(jī)的目標(biāo)是評估增材技術(shù)的功能和性能，同時在持續(xù)微重力條件下進(jìn)行3D金屬沉積。在2024年1月30日星期二，NASA NG-20商業(yè)補(bǔ)給任務(wù)已成功將金屬3D打印機(jī)運(yùn)送至國際空間站（ISS）。預(yù)計進(jìn)一步的打印測試工作將于二月底或三月初展開。

太空中直接制造備件的能力，無需地球運(yùn)輸，標(biāo)志著推動下一代太空探索的新階段。這一創(chuàng)新將不僅帶來數(shù)百萬美元的成本節(jié)省，同時通過使自主操作成為載人航天的可行選擇，為未來太空探索鋪平道路。

△金屬3D打印機(jī)在發(fā)射到空間站之前打印的樣品

在太空打印金屬的挑戰(zhàn)

盡管在地球上已經(jīng)成功掌握了3D打印技術(shù)，但在太空中進(jìn)行金屬打印仍然面臨一系列技術(shù)挑戰(zhàn)。空中客車公司金屬3D維打印機(jī)系統(tǒng)工程師Sébastien Girault解釋說：“該技術(shù)演示器所面臨的第一個挑戰(zhàn)是尺寸問題。在地球上，目前的金屬3D打印機(jī)至少需要安裝在十平方米的實驗室中�！�

為了制造國際空間站的原型機(jī)，我們不得不將打印機(jī)縮小到洗衣機(jī)的大小。這種小型化的關(guān)鍵在于能夠?qū)⒋蛴�機(jī)安裝在國際空間站哥倫布實驗室的機(jī)架內(nèi)。Girault補(bǔ)充說：“在這種尺寸下，我們能夠成功打印出高度為9厘米、寬度為5厘米的精密部件�！�

第二個挑戰(zhàn)是確保國際空間站免受激光及其產(chǎn)生的熱量影響，以維護(hù)良好的打印環(huán)境。打印機(jī)被置于一個密封的金屬盒中，類似于一個保險箱。與此工藝兼容的金屬合金的熔點可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過1200°C，而塑料的熔點約為200°C，這要求實施嚴(yán)格的熱控制。

Girault說：“重力管理也是關(guān)鍵，這是我們選擇有線打印技術(shù)的原因。與基于粉末的系統(tǒng)不同，金屬絲不受重力影響，而后者必須始終受到地心引力的影響。無論是塑料還是金屬，產(chǎn)生的煙霧都必須通過過濾器處理并在機(jī)器內(nèi)部捕獲，以防止污染國際空間站內(nèi)的空氣�！�

△國際空間站上第一臺金屬3D打印工作流程示意

金屬3D打印項目

該項目始于2016年，當(dāng)時歐洲航天局授予了空中客車防務(wù)與航天公司合同。該項目的關(guān)鍵目標(biāo)是在微重力環(huán)境下，在國際空間站上安全運(yùn)行的首臺金屬3D打印機(jī)。AddUp，作為金屬3D打印領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者之一，在過去十多年一直為空中客車集團(tuán)提供支持，不僅提供飛行部件，還支持各種創(chuàng)新項目。

AddUp技術(shù)總監(jiān)Sébastien Devroe在評價AddUp團(tuán)隊為該項目帶來的專業(yè)知識時表示：“金屬3D打印機(jī)的開發(fā)依賴于AddUp工程師和研究人員獨(dú)特的多學(xué)科專業(yè)知識。我們的員工擁有各種增材制造工藝、機(jī)器設(shè)計、編程和操作優(yōu)化的專業(yè)知識。我們的團(tuán)隊支持了第一臺太空金屬3D打印機(jī)的開發(fā)，該打印機(jī)很快將進(jìn)入軌道。金屬3D打印機(jī)經(jīng)過設(shè)計和優(yōu)化，以滿足國際空間站的條件和環(huán)境�！�

空客航天系統(tǒng)工程主管Elodie Viau解釋道：“AddUp被選用于這個項目是基于悠久的歷史以及植根于探索和創(chuàng)新的合作伙伴關(guān)系。我們相信，憑借AddUp團(tuán)隊的知識和經(jīng)驗，再加上空客的技術(shù)專長，我們將成功提供高質(zhì)量、高效的金屬3D打印機(jī)，以支持太空探索”

實際上，國際空間站上已經(jīng)安裝了多臺塑料3D打印機(jī)，首臺設(shè)備于2014年投入使用。宇航員們利用這些設(shè)備進(jìn)行塑料部件的更換或修復(fù)，因為太空生活中常面臨設(shè)備供應(yīng)不足的問題，有時需要等待數(shù)月才能獲得所需物品。然而，并非所有組件都適合用塑料材料制造。

因此，金屬3D打印技術(shù)在太空中的應(yīng)用，對于國際空間站的維護(hù)和未來深空探索具有重要意義。Girault強(qiáng)調(diào)了這一技術(shù)在太空環(huán)境下所需的定制化和緊湊性，以滿足極端條件下的工程需求。